ES2313833A1 - Transmission medium-agnostic communications system - Google Patents

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ES2313833A1 ES200700654A ES200700654A ES2313833A1 ES 2313833 A1 ES2313833 A1 ES 2313833A1 ES 200700654 A ES200700654 A ES 200700654A ES 200700654 A ES200700654 A ES 200700654A ES 2313833 A1 ES2313833 A1 ES 2313833A1
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Abstract

The invention relates to a transmission medium-agnostic communications system which provides adequate communication capabilities for multimedia applications, such as high-definition video at home, using hybrid devices that enable multimedia communication via the power grid (4) and the air radiated by said grid (4), without requiring frequency changes to be made to the signal transmitted through the different media. Power is distributed through the different media by reinforcing the unbalancing effects of the power grid, modifying the amount of signal transmitted through the power grid (4) and the amount of signal radiated in each home.

Description

Sistema de comunicaciones agnóstico frente al medio de transmisión.Agnostic communications system against transmission medium.

Objeto de la invenciónObject of the invention

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva se refiere a un sistema de comunicaciones que aprovecha la doble naturaleza radiante y conductiva de una red de distribución, como la red de energía eléctrica de una casa, para mejorar tanto la cobertura como la capacidad de transmisión respecto a los sistemas que utilizan un solo medio de comunicación.The present invention, as expressed in the statement of this specification refers to a system of communications that takes advantage of the double radiant nature and conductive of a distribution network, such as the energy network electric of a house, to improve both the coverage and the transmission capacity with respect to systems that use a Only means of communication.

La ventaja principal del sistema presentado es que no necesita hacer cambios de frecuencia para transmitir en los distintos medios, sino que realiza directamente la transmisión de la misma señal en ambos medios regulando la energía inyectada en cada uno de ellos.The main advantage of the system presented is that you don't need to make frequency changes to transmit in the different means, but directly performs the transmission of the same signal in both media regulating the energy injected into each one of them.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

En la mayoría de sistemas de telecomunicaciones, el problema fundamental es conseguir una cobertura adecuada con una capacidad de transmisión suficiente. En general, esto se podría conseguir incrementando la energía introducida en el medio de comunicación, pero dicho nivel está limitado por las regulaciones existentes en los distintos países. En el caso del medio aéreo, dicha energía se dispersa fuertemente en las tres dimensiones, por lo que dichas regulaciones sólo permiten unas emisiones suficientes para garantizar conexiones de hasta 100 m (con un ancho de banda determinado). En la realidad, la existencia de obstáculos y las distribuciones del mobiliario hacen que las conexiones inalámbricas no garanticen el ancho de banda suficiente para aplicaciones multimedia como vídeo de alta definición en toda una casa, con lo que en la práctica es necesario encontrar soluciones alternativas.In most telecommunications systems, the fundamental problem is to get adequate coverage with a sufficient transmission capacity. In general, this could be achieve by increasing the energy introduced in the middle of communication, but that level is limited by regulations existing in different countries. In the case of the air medium, said energy is dispersed strongly in the three dimensions, by what these regulations allow only a few emissions sufficient to guarantee connections of up to 100 m (with a width of determined band). In reality, the existence of obstacles and furniture distributions make connections wireless do not guarantee enough bandwidth to multimedia applications like high definition video in a whole home, with what in practice it is necessary to find solutions alternatives.

En el estado del arte existen otros sistemas que intentan encontrar estas soluciones, como la utilización de redes híbridas red eléctrica/inalámbricas (powerline/WiFi) tal y como aparece en la patente con número de concesión US6243413 y en la patente con número de publicación US20060194575. En estos documentos, la radiación se realiza en exclusiva sobre el medio aéreo para conseguir la comunicación inalámbrica entre los equipos del sistema planteado. Aunque estos sistemas proporcionan soluciones válidas, en ellos se debe realizar una adaptación final a cada uno de los medios en frecuencias mediante el uso de heterodinos, lo que encarece el coste y limita la funcionalidad de la solución. En cambio, el sistema presentado en esta patente inyecta la misma señal, sin variación en frecuencia en los distintos medios, con una serie de terminales conectados a la red conducida y otros terminales de tipo inalámbricos con posibilidad de conexión entre ambos, evitando los inconvenientes de las soluciones del estado del arte.In the state of the art there are other systems that  they try to find these solutions, such as the use of networks Hybrid electrical / wireless network (powerline / WiFi) as appears in the patent with concession number US6243413 and in the Patent with publication number US20060194575. In these documents, radiation is done exclusively on the medium aerial to get wireless communication between computers of the raised system. Although these systems provide valid solutions, they must make a final adaptation to each of the media in frequencies by using heterodinos, which increases the cost and limits the functionality of the solution. Instead, the system presented in this patent injects the same signal, without variation in frequency in the different media, with a series of terminals connected to the network conducted and other wireless terminals with possibility of connection between both, avoiding the inconveniences of State of the art solutions.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un sistema de comunicaciones agnóstico frente al medio de transmisión que al menos comprende un receptor y un transmisor conectado a un interfaz único hacia el medio de comunicación de inyección de la señal de comunicaciones en una red eléctrica; caracterizado porque el interfaz de inyección de la señal está dotado de un módulo de distribución de la energía de la señal de comunicaciones tanto por la red eléctrica como por el medio aéreo radiado por dicha red eléctrica.To achieve the objectives and avoid drawbacks indicated in previous sections, the invention it consists of an agnostic communications system in front of the environment of transmission comprising at least one receiver and one transmitter connected to a single interface to the communication medium of injection of the communications signal in an electrical network; characterized in that the signal injection interface is equipped with a module for distributing the signal energy of communications both by the power grid and by the air radiated by said electrical network.

Dicho módulo de distribución de la energía comprende medios de refuerzo de los efectos de desbalanceo de la línea eléctrica para incrementar la parte de señal en modo común que produce radiación electromagnética a partir de la señal conducida.Said energy distribution module It includes means to reinforce the imbalance effects of the power line to increase the common mode signal part which produces electromagnetic radiation from the signal driven.

Por otra parte, los medios de refuerzo de los efectos de desbalanceo de la línea eléctrica, a su vez prevén la posibilidad de incluir medios de variación de la proporción entre la energía conducida y radiada, que realizan la regulación entre las dos proporciones, aumentando la radiada y disminuyendo la conducida.On the other hand, the means of reinforcement of unbalanced effects of the power line, in turn provide for the possibility of including means of variation of the proportion between the conducted and radiated energy, which perform the regulation between the two proportions, increasing the radiated and decreasing the driven.

Desde el punto de vista de recepción, los receptores que forman el sistema de comunicaciones están dotados de un módulo de recepción de la señal a través de la red eléctrica, de un módulo de recepción de la señal enviada por el medio aéreo, o bien de ambos módulos.From the reception point of view, the receivers that make up the communications system are equipped with a module for receiving the signal through the mains, of a module for receiving the signal sent by the air means, or Good of both modules.

Así mismo, desde el punto de vista de transmisión, y al preverse la posibilidad de variar la proporción entre la energía conducida y radiada, la invención prevé la posibilidad de que se pueda transmitir la señal a través de la red eléctrica, del medio aéreo, o bien de ambos medios.Likewise, from the point of view of transmission, and when the possibility of varying the proportion is foreseen between the conducted and radiated energy, the invention provides the possibility that the signal can be transmitted through the network electrical, of the air means, or of both means.

Finalmente en el sistema de comunicaciones puede haber dispositivos que repitan la señal recibida con objeto de extender la cobertura del sistema de comunicaciones.Finally in the communications system you can  there are devices that repeat the received signal in order to extend the coverage of the communications system.

A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.Then, to facilitate a better understanding of this descriptive report and being an integral part of the same, some figures are accompanied in which with character illustrative and not limiting the object of the invention.

Breve descripción de las figurasBrief description of the figures

Figura 1.- Representa un ejemplo de realización con dos dispositivos que transmiten sobre la red eléctrica y un tercero que utiliza únicamente el medio aéreo como recepción.Figure 1.- Represents an example of embodiment with two devices that transmit over the power grid and a third party that uses only the air means as reception.

Figura 2.- Muestra el ejemplo contrario al de la figura anterior en el que se transmite sobre el medio aéreo y se recibe por la red eléctrica.Figure 2.- Shows the opposite example to that of the  previous figure in which it is transmitted over the air environment and Receive by the power grid.

Figura 3.- Representa un ejemplo con un dispositivo que dispone de múltiples antenas.Figure 3.- Represents an example with a device that has multiple antennas.

Figura 4.- Muestra un ejemplo con un dispositivo con varias antenas y una conexión a la red eléctrica.Figure 4.- Shows an example with a device  with several antennas and a connection to the electricity grid.

Figura 5.- Representa un ejemplo en el que el sistema de comunicaciones puede utilizarse en una casa, combinando los distintos dispositivos anteriormente presentados.Figure 5.- Represents an example in which the Communications system can be used in a house, combining the different devices previously presented.

Descripción de un ejemplo de realización de la invenciónDescription of an embodiment of the invention

Seguidamente se realiza la descripción de un ejemplo de realización de la invención, haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras.Then the description of a exemplary embodiment of the invention, referring to the numbering adopted in the figures.

Tal y como se indicó previamente, uno de los problemas principales de las comunicaciones actuales dentro de casa es conseguir conexiones con suficiente ancho de banda para aplicaciones multimedia, puesto que las aplicaciones WiFi no obtienen dichos resultados debido a las limitaciones de radiación, distancia y distribuciones de las casas. En este ejemplo de realización, el sistema agnóstico presentado se utiliza en una casa para mejorar el sistema.As previously indicated, one of the main problems of current communications within the home is to get connections with enough bandwidth to multimedia applications, since WiFi applications do not they obtain these results due to radiation limitations, distance and distributions of houses. In this example of realization, the presented agnostic system is used in a house To improve the system.

En la figura 1 aparecen tres dispositivos diferentes (1), (2) y (3). Los dos primeros utilizan la red eléctrica (4) como medio de transmisión, mientras que el (3) sólo utiliza el medio aéreo como medio de recepción. Cada uno de los sistemas consta de un transmisor (5) dotado del correspondiente modulador, un receptor (6) con el correspondiente demodulador, gobernados por un módulo de control (7), así como de unidades de acoplo (8) que refuerzan los efectos de desbalanceo de la red eléctrica para variar la señal en modo común y modificar la proporción de potencia inyectada a través de la línea eléctrica y aquella que será radiada por la red de distribución de electricidad en la casa, que actuará como si de un elemento radiante se tratara. Esta radiación, marcada en la figura como (9) es una radiación intencionada provocada por la señal inyectada en la red eléctrica (4) y podrá ser recibida por los equipos que puedan recibir información del medio aéreo. Para que dicha señal no interfiera con sistemas de comunicaciones previos que utilicen las frecuencias de radiocomunicaciones, el sistema inyecta la señal a la red eléctrica en bandas de frecuencia no licenciadas. Dichas frecuencias son públicas y no requieren de permiso gubernamental previo para la emisión de señales de radiofrecuencia.Figure 1 shows three devices different (1), (2) and (3). The first two use the network electric (4) as a transmission medium, while the (3) only It uses the air means as a means of reception. Each of the systems consists of a transmitter (5) equipped with the corresponding modulator, a receiver (6) with the corresponding demodulator, governed by a control module (7), as well as units of coupling (8) that reinforce the effects of network imbalance electrical to vary the signal in common mode and modify the proportion of power injected through the power line and the one that will be radiated by the electricity distribution network in the house, which will act as if it were a radiant element. This radiation, marked in the figure as (9) is a radiation intended caused by the signal injected into the power grid (4) and may be received by the teams that may receive information of the air means. So that the signal does not interfere with previous communications systems that use the frequencies of radiocommunications, the system injects the signal into the power grid in unlicensed frequency bands. These frequencies are public and do not require prior government permission for emission of radio frequency signals.

Las frecuencias de funcionamiento, es decir, las frecuencias utilizadas para la transmisión de señales a través de la línea eléctrica de forma conducida, y las señales que se radian son las mismas, con lo que no es necesario ningún elemento adicional de conversión de frecuencias o similar para permitir la comunicación entre dispositivos conectados o no a la red eléctrica.The operating frequencies, that is, the  frequencies used for signal transmission through the power line conducted, and the signals that are radiated they are the same, so no element is necessary Additional frequency conversion or similar to allow for communication between devices connected to the network or not electric

En la figura 1, tanto el dispositivo (1) como el (2) inyectan su señal en la red eléctrica, aunque, utilizando las propiedades de radiación que posee dicha línea, también radian dicha señal. Esta señal radiada puede ser recogida por un dispositivo que no se encuentre conectado directamente a la red eléctrica, pero que disponga de un sistema de captación de radiofrecuencia, que resulta ser el caso del dispositivo (3). En este caso las señales recibidas van directamente al demodulador (6) y el módulo de control (7) gobierna la unidad de acoplo (8) para bloquear las señales de salida de forma que no se acoplaría ninguna señal del modulador 5 a la salida.In figure 1, both the device (1) and the  (2) inject their signal into the power grid, although, using the radiation properties that said line possesses, also radiate said signal. This radiated signal can be picked up by a device that is not directly connected to the network electrical, but that has a system to capture radiofrequency, which turns out to be the case of the device (3). In In this case the received signals go directly to the demodulator (6) and the control module (7) governs the coupling unit (8) to block the output signals so that none would be coupled 5 modulator signal at the output.

Por otro lado en la figura 2 aparece el escenario contrario. En este caso el dispositivo (3) no conectado a la línea eléctrica transmite una señal de radiofrecuencia (10) que los dispositivos (1) y (2) son capaces de captar, al acoplarse dicha señal a la red de distribución eléctrica próxima. En este caso la señal recibida se toma directamente de la red eléctrica (4) y el módulo de control (7) gobierna a la unidad de acoplo (8) para que bloquee la rama de transmisión.On the other hand in figure 2 the opposite scenario. In this case the device (3) not connected to  the power line transmits a radio frequency signal (10) that the devices (1) and (2) are able to capture, when coupled said signal to the nearby electricity distribution network. In this In case the received signal is taken directly from the mains (4) and the control module (7) governs the coupling unit (8) to that blocks the transmission branch.

Otro ejemplo de realización se presenta en la figura 3, donde un dispositivo (11) que forma parte de la red (ya que aunque no esté conectado físicamente a la red eléctrica (4), si que forma parte de la misma de forma lógica al ser capaz de comunicar información con el resto de dispositivos) dispone de múltiples antenas. Este tipo de dispositivo tiene un demodulador común (6) y puede aprovechar la irregularidad de la radiación intencionadamente emitida por la línea de distribución eléctrica de la casa y, del mismo modo, aprovechar que en cada canal llegan los mismos datos pero distorsionados de forma diferente, para conseguir recepciones correctas incluso con bajos niveles de señal.Another embodiment is presented in the Figure 3, where a device (11) that is part of the network (already that although it is not physically connected to the mains (4), if which is part of it logically by being able to communicate information with other devices) has Multiple antennas This type of device has a demodulator common (6) and can take advantage of the irregularity of radiation intentionally issued by the electric distribution line of the house and, likewise, take advantage of the fact that in each channel the same data but distorted differently, to get Correct receptions even with low signal levels.

Finalmente, en la figura 4 se representa otro ejemplo de realización en el que se prevé un dispositivo (12) que contiene varias antenas para la recepción de la señal distorsionada de formas distintas y una conexión adicional hacia la línea eléctrica (4) y que permite recibir por este medio la misma señal distorsionada por las características de la red, con lo que se pueden utilizar algoritmos en el demodulador (6) para recuperar la señal de forma eficiente, combinando las múltiples recepciones. Esta combinación de señales para mejorar la recepción son conocidas, como por ejemplo es el caso de las técnicas MIMO (Múltiple Input Múltiple Output). En este caso el módulo de control (7) gobierna a la unidad de acoplo (8) para que no se transmita ninguna señal, pero también puede prever, en el caso de que se requiera, que permita seleccionar un acoplo específico para recepción que afectaría a la señal de recepción (no representado en las figuras).Finally, in figure 4 another exemplary embodiment in which a device (12) is provided that It contains several antennas for the reception of the distorted signal in different ways and an additional connection to the line electric (4) and that allows to receive the same signal by this means distorted by the characteristics of the network, thereby they can use algorithms in the demodulator (6) to recover the Signal efficiently, combining multiple receptions. This combination of signals to improve reception are known, as for example the case of MIMO techniques (Multiple Input Multiple Output). In this case the control module (7) governs the coupling unit (8) so that it is not transmitted no signal, but you can also foresee, in the case that require, to select a specific coupling for reception that would affect the reception signal (not represented in the figures).

Todas estas realizaciones del sistema de comunicaciones presentado pueden estar presentes en la misma red de comunicaciones dentro una casa. En la figura 5 se representa un ejemplo donde los dispositivos (13) al (21) están conectados a la red eléctrica, al medio aéreo o bien a ambos medios, mientras que (22) al (27) son las referencias a las distintas estancias de la casa (habitaciones o pasillo).All these embodiments of the system Submitted communications may be present on the same network of Communications inside a house. In figure 5 a example where devices (13) to (21) are connected to the electricity network, to the air environment or to both means, while (22) to (27) are the references to the different rooms of the house (rooms or hallway).

En este ejemplo, el dispositivo (13) situado en la habitación (23), inyecta señal en la red eléctrica y la propia red de distribución radia en dicha habitación, lo que hace posible la comunicación entre el dispositivo (13) y el dispositivo (14), situados ambos en la habitación (23).In this example, the device (13) located in the room (23), injects signal into the power grid and the own radio distribution network in that room, which makes it possible communication between the device (13) and the device (14), both located in the room (23).

Como la red de distribución eléctrica se canaliza por la pared común entre la habitación (23) y la habitación (24), dicha red radiará también en la habitación (24), por lo que se hace posible la comunicación entre el dispositivo (13) y los dispositivos (15) y (16). Por su parte, los dispositivos (15) y (16) pueden comunicarse entre sí mediante la emisión y recepción de señales de radiofrecuencia en el medio aéreo, al disponer de elementos radiantes.How the electricity distribution network is channels the common wall between the room (23) and the room (24), said network will also radiate in room (24), making communication between the device possible (13) and devices (15) and (16). On the other hand, the devices (15) and (16) can communicate with each other by issuing and reception of radio frequency signals in the air environment, at have radiant elements.

La red de distribución eléctrica también es canalizada por la pared común entre la habitación (23) y el pasillo (22), por lo que también radia hacia dicho pasillo. Allí el dispositivo (17) puede recibir la comunicación emitida por el dispositivo (13) radiada a través de dicha pared, y éste puede repetir el mensaje utilizando radiofrecuencia que puede ser captada por la red de distribución eléctrica situada en la pared entre el pasillo (22) y la habitación (26).The electricity distribution network is also channeled through the common wall between the room (23) and the hallway (22), so it also radiates into said hallway. There he device (17) can receive the communication issued by the device (13) radiated through said wall, and this can repeat the message using radiofrequency which can be captured by the electrical distribution network located on the wall between the hallway (22) and the room (26).

La señal captada y canalizada a través de la red de distribución eléctrica es recibida por los dispositivos (18) y (20), y por el dispositivo número (29) a través de radiofrecuencia. Los dispositivos (18) y (20) se encuentran en la habitación (26) y el dispositivo (29) en la habitación (25), pero ambas habitaciones son contiguas al pasillo (22).The signal captured and channeled through the network electrical distribution is received by the devices (18) and (20), and by the device number (29) through radiofrequency. The devices (18) and (20) are in the room (26) and the device (29) in the room (25), but both rooms They are adjacent to the hallway (22).

El dispositivo (20) dispone de dos elementos radiantes para recoger la información afectada de modo distinto por el canal de comunicación y combinarlo o tratarlo mediante distintos algoritmos de forma inteligente para obtener la mayor tasa de señal respecto al ruido posible en recepción. Si a esta técnica unimos que la señal irradiada por la canalización de la red eléctrica es distinta dependiendo del punto de dicha red, el dispositivo (20) se haya en disposición de utilizar las técnicas que sacan ventaja de canales conocidos como MIMO (Multiple Input Multiple Output) para mejorar su recepción. En el ejemplo, el canal de comunicación dispone de múltiples entradas (la radiación no es igual en todos los puntos de la red eléctrica) y múltiples salidas (igual al número de antenas que se instalen en el dispositivo, en este caso, dos antenas).The device (20) has two elements radiant to collect the affected information differently by  the communication channel and combine it or treat it by different algorithms intelligently to get the most signal rate with respect to possible noise at reception. Yes to this technique we join that the signal radiated by the network channeling electric is different depending on the point of said network, the device (20) is available to use the techniques that take advantage of channels known as MIMO (Multiple Input Multiple Output) to improve your reception. In the example, the channel  communication has multiple inputs (radiation is not same at all points of the mains) and multiple outputs (equal to the number of antennas that are installed in the device, in this case, two antennas).

El dispositivo (21), situado en la habitación (27), por su parte, toma ventaja de su doble conexión a través de la línea eléctrica y de un elemento radiante para recibir dos versiones de la información enviada y permite el tratamiento mediante algoritmos que extraiga el máximo de información de dos fuentes alteradas de forma suficientemente incorrelada por ruidos, distorsiones y atenuaciones del canal.The device (21), located in the room (27), for its part, takes advantage of its double connection through the power line and a radiant element to receive two versions of the information sent and allows the treatment using algorithms that extract the maximum information from two sources altered incorrectly enough by noise, channel distortions and attenuations.

Claims (5)

1. Sistema de comunicaciones agnóstico frente al medio de transmisión, compuesto por dispositivos de comunicaciones que incluyen al menos un transmisor con un interfaz único de inyección de la señal de comunicaciones en la red eléctrica, y por al menos un receptor, caracterizado porque el interfaz de inyección de la señal comprende un módulo de distribución de la energía de la señal de comunicaciones tanto por la red eléctrica como por el medio aéreo radiado por dicha red eléctrica.1. Agnostic communications system in front of the transmission medium, composed of communications devices that include at least one transmitter with a single interface for injecting the communications signal into the electrical network, and by at least one receiver, characterized in that the interface The signal injection module comprises a module for distributing the energy of the communications signal both by the electrical network and by the air medium radiated by said electrical network. 2. Sistema de comunicaciones agnóstico frente al medio de transmisión, según reivindicación 1, caracterizado porque el módulo de distribución de la energía incluye medios de refuerzo de los efectos de desbalanceo de la línea eléctrica para incrementar la parte de señal en modo común que produce radiación electromagnética a partir de la señal conducida por la red eléctrica y realizar la regulación de la proporción de la energía conducida y de la proporción de energía radiada en el punto de inyección, aumentando la radiada y disminuyendo la conducida.2. Agnostic communications system against the transmission medium, according to claim 1, characterized in that the power distribution module includes means for reinforcing the effects of unbalanced power line to increase the part of the common mode signal that produces radiation electromagnetic from the signal conducted by the power grid and make the regulation of the proportion of the conducted energy and the proportion of radiated energy at the injection point, increasing the radiated and decreasing the conducted. 3. Sistema de comunicaciones agnóstico frente al medio de transmisión, según reivindicación 1, caracterizado porque el al menos receptor, comprende un receptor seleccionado entre un receptor de la señal conducida a través de la red eléctrica, un receptor de la señal radiada a través del medio aéreo, y combinación de ambos.3. Agnostic communications system against the transmission medium, according to claim 1, characterized in that the at least receiver comprises a receiver selected from a receiver of the signal conducted through the electrical network, a receiver of the signal radiated through the air medium, and combination of both. 4. Sistema de comunicaciones agnóstico frente al medio de transmisión, según reivindicaciones 2 y 3 caracterizado porque los medios de refuerzo que varían la proporción entre la energía conducida y radiada, transmiten la señal a través de un medio seleccionado entre la red eléctrica, el medio aéreo y combinación de ambos.4. Agnostic communications system against the transmission medium, according to claims 2 and 3, characterized in that the reinforcement means that vary the proportion between the conducted and radiated energy, transmit the signal through a medium selected between the electrical network, the medium Aerial and combination of both. 5. Sistema de comunicaciones agnóstico frente al medio de transmisión, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende dispositivos repetidores de la señal recibida para extender la cobertura del sistema de comunicaciones.5. Agnostic communications system against the transmission medium, according to claim 1, characterized in that it comprises repeater devices of the received signal to extend the coverage of the communications system.
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